基础工业工程 fundament of industrial engineering

基础工业工程

Fundament of Industrial Engineering

授课时间： 2012 年秋季

工业工程专业核心课程

College of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University

自我介绍

授课教师：任莹晖博士

Email: rebecca_ryh@163.com

Tel: 135 4859 6452

Office: 机械院楼 403

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课程说明 教材：

易树平 , 郭伏 . 基础工业工程 [M]. 北京：机械工业出版社 .2009,1.

参考书： 注应洛，袁治平．工业工程导论 [M] ．北京：中国科学技术出版社

， 2003 ． 范中志，张树武，孙义敏．基础工业工程（ IE ） [M] ．北京：机械

工业出版社， 1998 ． 王东华，工作研究 [M] ．大连：大连理工大学出版社， 2000 ． 罗振壁，工业工程导论 [M] ．北京：机械工业出版社， 2003 ． 胡宗武，工业工程概论 --- 原理、方法与应用 [M] ．上海：上海交通

大学出版社， 2003 ． 学习方式：

课堂授课，辅以课堂讨论

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你的选择

为什么选基础 IE？

希望获得什么？

如何共同学习？

达到什么效果？

IE 初 印 象

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目录

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第一章 生产与生产率管理

第二章 工业工程概述

第三章 工作研究

第十二章 现场管理方法

第十三章 工作分析与设计

第十四章 工业工程的发展

第四章 程序分析

第五章 作业分析 第六章 动作分析

第七章 秒表时间研究

第八章 工作抽样

第九章 预定时间标准法第十章 标准资料法

第十一章 学习曲线

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第一章 生产与生产率管理

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企业生产运作

生产率与生产率管理

1.1

1.2

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1.1 企业生产运作

7

企业生产运作

存在的问题

运作模式

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典型制造企业的生产运作

（一）离散型制造企业（ Intermittent Manufacture ） 指一个个单独的零部件组成最终成品的生产方式。其生产组

织类型按照规模、重复性特点又分“车间任务型”和“流水线型”。

包括：机械加工，仪器仪表，汽车，服装，家居，五金，玩具生产等等。

8

1.1.1 企业生产运作方式1.1.1 企业生产运作方式

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生产组织类型： 1 、车间任务型（ Job-shop ）

企业的生产同时在几个车间交叉进行，生产的零部件最终传送到装配车间装配，再成品质检，合格出厂。

特点：（ 1 ）每项生产任务仅使用整个企业的一小部分能力和资源。

（ 2 ）生产设备一般按机群方式布置，将功能相同或类似设备按空间或行政组织组成生产班组、工段、车间等。

（ 3 ）需要制定周全、缜密的生产计划和采购计划。 适用：单件、小批量生产方式的机械制造企业。

1.1.1 企业生产运作方式

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2 、流水线型（ Flow-shop ）

加工对象按事先设计的工艺过程依次顺序地经过各个工位，并按统一的生产节拍完成每一道工序的加工内容。

特点：（ 1 ）工作地专业化程度高，按产品或加工对象组织生产。

（ 2 ）生产按节拍进行，各个工序同期进行作业，重复相同的作业内容。

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1.1.1 企业生产运作方式

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1.1.1 企业生产运作方式（ 3 ）为了保证流水线上各道工序的生产能力相等，各道工

序的单件作用时间与相应工序的工作地（或设备）数比值相等

其中 ti 为第 i 道工序的单件作业时间 si 为第 i 道工序的设备数 i ＝ 1,2,…,m (m 为一条流水线的工序数 )

（ 4 ）工艺过程是封闭的

11

t1 t2 ti tm

即： —＝— ＝…＝— ＝… — ＝ r s1 s2 si sm

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图 1.1 流水线的分类

1.1.1 企业生产运作方式

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汽车制造企业是典型的流水线生产企业

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图 1.2 汽车点焊自动化装配生产线 图 1.3 某汽车公司装配车间一角

1.1.1 企业生产运作方式

生产组织：精益生产、准时制、零库存管理内部管理： 5S 管理质量控制： ISO9000 系列、 QS9000 质量认证营销环节： 4S 店

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（二）流程型制造企业（ Flam Manufacturing ） 指通过对一些原材料不间断的通过加工设备，使其形状或化学属性发生变化，最终形成新形状或新材料的生产方式。

类型：重复生产（ Repetitive Manufacturing ） 连续生产（ Continuous Manufacturing ） 特点：（ 1 ） 产品品种稳定，生产量大。 （ 2 ） 生产过程自动化程度高。 （ 3 ） 生产管理的目标是有效监控生产过程，使之处于

最佳状态。 典型企业：石油、化工和钢铁等企业。 产品特点：以质优价廉取胜

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1.1.1 企业生产运作方式

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（三）重入离散型制造企业

重入型制造是指产品或零件在制造过程中被某些机器（至少一台）重复加工两次以上。

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半导体制造业等高科技制造系统的规模庞大、技术含量高、生产工艺复杂，具有典型的重入型制造的特点。多品种、混合型复杂生产系统。

图 1.5 电子表面贴装元件的插装生产线

1.1.1 企业生产运作方式

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（四）服务型企业 必须以为人们提供服务，以社会服务为中心组织

生产，努力使顾客满意。 分类： 1 、按顾客的需求特性分 （ 1 ）通用型服务：零售、学校、物流、餐饮等 （ 2 ）专用型服务：医院、咨询、汽修等 2 、按系统运作特点分 （ 1 ）技术密集型：航空、银行等 （ 2 ）人员密集型：学校、餐饮、百货等

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1.1.1 企业生产运作方式

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1.1.2 运作与管理面临的问题

以汽车企业为例，拿到定单或预测产品需求后应该考虑的问题：

（ 1 ）如何在规定的时间内完成所需的产品品种和数量？

（ 2 ）如何保证产品质量、降低产品的成本？

（ 3 ）如何高效率地完成产品？

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问题解决途径和方法：

生产计划与控制

现场管理

运作流程与作业方法

Questions ：如何组织有限资源，高效、高质低成本地满足客户需求，在竞争中立于不败之地？

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1.1.2 运作与管理面临的问题

基础工业工程解决的问题： （ 1 ）最佳作业方法的问题

（ 2 ）最佳作业方法的标准化及劳动定额问题

（ 3 ）与最佳作业方法相关的生产场所布置、物流路线设计、工具设计等问题

（ 4 ）工作设计问题

（ 5 ）现场管理问题

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1.2 生产率与生产率管理

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生产率与生产率工程

概述

管理与测定

提高生产率的因素

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1.2.1 概述

图 1.6 生产系统的结构

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生产率 P （ Productivity) 是产出与投入比： P = O/I衡量生产率的目的：改善经营

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1.2.1 概述

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生 产 系 统

规 划

设 计

管 理

改 善

生 产 率

工业工程的功能

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1.2.2 生产率管理与测定

生产率管理：是对一个生产系统的生产率进行规划、测定、评价、控制和提高的系统管理过程。包括：生产率测定和提高。实质：是以不断提高生产率为目标和动力，对生产系统进行积极地维护和改善。生产率测定与评价：是对某一生产、服务系统（组织）或社会经济系统的生产率进行测定、评价及分析的活动和过程：

生产率测定 (Productivity Measurement) 生产率评价 (Productivity Evaluation)

生产率测评是生产率提高的前提，是生产率管理系统过程的中心环节和实质内容之一。

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1.2.2 生产率管理与测定

1 、按生产系统投入资源或要素范围分类：

单要素生产率 (Single Productivity, SP)

多要素生产率 (Multifactor Productivity, MP)

总要素或全要素生产率 (Total Productivity, TP)

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图 1.7 生产率测评的种类

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1.2.2 生产率管理与测定２、按生产系统运作结果分类

狭义生产率：只考虑直接的资源（要素）投入产出结果的各种要素生产率。

广义生产率：七种绩效指标

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图 1.8 生产系统基本绩效指标的因果关系

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1.2.2 生产率管理与测定

3 、按生产率测评层次和对象分类

国民经济生产率 部门（或行业）生产率 地区经济生产率 组织（企业等）生产率等

4 、按生产率测评方式分类

静态生产率 (Static Productivity Ratios)

动态生产率指数 (Dynamic Productivity Indexes)

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1.2.2 生产率管理与测定测定基本方法 :

26

图 1.9 生产率管理系统模型图

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1.2.2 生产率管理与测定

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1

qOi

iIi

Q

Q

单要素生产率=测定期内产量

静态生产率测定期内要素投入量

1

1

qOi

im

Ii

i

Q

Q

多要素或全要素生产率 TP=

k k

j j

时期产出量 时期投入量动态生产率指数时期产出量 时期投入量

, ,1 1

, ,1 1

q mO Ii k i k

i iq m

O Ii j i j

i i

Q Q

Q Q

全要素生产率指数 TPI =

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针对多资源综合投入及具有多种产出、生产系统及其环境状况动态变化时，对生产率的科学测算需要注意下述几个问题：首先，对于多种不同类型的要素要统一其度量单位；

其次，确定系统或分析单元的边界； 第三，确定各种要素对生产率的作用大小或权重

1.2.2 生产率管理与测定

28

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1.2.2 生产率管理与测定基本评价方法：

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图 1.10 生产率评价方法系统评价是各类管理问题（生产率管理）的系统分析与决策必不可少的环节。

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1.2.3 影响生产率因素和提高途径 提高生产率的途径：

增加资源的投入：投资、资金、设备技术、劳动力等。

改进方法入手：提高劳动者的积极性、技术水平和操作熟练程度，充分挖掘企业内部潜力，努力降低成本，促使企业走内涵发展的路子。（工作研究的原理和方法）

主要影响因素 人力资源，经济结构，科技水平，宏观管理政策等

直接影响因素产品结构及设计，生产系统规划与设计，生产规模，组织合理性，职工素质，管理及激励等

至关重要的因素 人力资源开发与管理，组织变革与管理，技术创新与进步等

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影响生产率提高的因素：

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第二章 工业工程概述

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工业工程

产生与发展过程

内容体系和人才素质

2.1

2.2

2.3

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2.1 工业工程

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工业工程 IE

定义

内涵

与生产率工程的关系

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2.1.1 工业工程的定义

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泰勒 时间研究泰勒 时间研究

吉尔布雷斯 动作研究吉尔布雷斯 动作研究

什么是工业工程？什么是工业工程？

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2.1.1 工业工程的定义

是对有关人员、物资、设备、能源和信息所组成的集成系统Integrated System) 进行设计、改善和设置的一门学科。它综合运用数学、物理和社会科学方面的专门知识与技术，并且使用工程分析的原理和方法，对上述系统可能取得的成果予以确定、预测和评价。

美国工业工程师学会（美国工业工程师学会（ AIIE),1955AIIE),1955

它以科学的方法，有效地利用人、财、物、信息、时间等资源，优质、廉价并及时地提供市场所需商品和服务，同时探求各种方法给从事这些工作的人们带来满足和幸福。

日本工业工程师学会（日本工业工程师学会（ JIIEJIIE ），）， 19591959

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2.1.1 工业工程的定义

是一门工程技术与管理技术相结合的综合性工程学科，是将科学技术转化为生产力的技术，它以降低成本、提高质量和生产率为导向，采用系统化、专业化和科学化地方法，综合运用多种专业的工程技术、对人员、物料、设备、能源、和信息所组成的集成系统进行设计、改善和设置，使之成为更为有效、更为合理的综合优化系统、并对系统取得的成果进行鉴定、预测和评价。

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中国工业工程学会中国工业工程学会

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2.1.1 工业工程的定义

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人员物料设备能源信息

综合体系

利用

设计Design

改善Improve

设置Installation

数 学物理学社会科学

知识技术

期待的成果 规划设计评价改进创新

工学的

分析设计

原理方法

通过

ProductivityQualityCostDeliverySafetyFlexibility

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2.1.1 工业工程的定义 美国工业工程学会提出的定义具有权威性。

尽管各种定义的表述方式不同，说明的侧重点不同，但其内涵基本是一致的。

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是由人、物料、设备、能源、信息等，且不局限于工业生产领域

技术与管理相结合的交叉学科

综合运用各种工程技术与方法

集成改善，旨在降低成本，提高质量和生产率

学科性质

研究对象

研究方法

任务和目标

功能 规划、设计、评价和创新

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2.1.2 工业工程的内涵

IE的核心是降低成本、提高质量和生产率

IE是综合性的应用知识体系

IE应用注重人的因素

IE是系统化技术

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2.1.3 工业工程与生产率工程的关系

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工业工程技术和方法是企业提高生产率的直接途径，即工业工程是生产率工程的基础。

工业工程技术的发展将推动生产率管理和控制方法的改善，而生产率改善方法的创新、发展将促进生产率工程的发展。

生产率工程的发展将丰富工业工程技术、方法，推动工业工程的发展。

具有共同的目标 : 提高生产率。

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2.2 工业工程的产生与发展过程

40

产生…1.

发展历程…2.

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2.2.1 工业工程的产生

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泰勒泰勒

铁锹实验 改善前 改善后员工数 ( 个 ) 400-600 140

铲费 改善后减少 50%

工人工资 增加 60%

成本 年节省 78000美元

42

2.2.1 工业工程的产生

F.W. 泰勒 (1856-1915) ，被誉为科学管理之父。通过著名的“铁铲实验”、“搬运实验”和“切削实验”，总结了称为“科学管理”的一套思想。 1911 年发表了《科学管理原理》一书。

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吉尔布雷斯夫妇吉尔布雷斯夫妇

砌砖研究 改善前 改善后

动作数 18 5

工作效率( 砌砖数 / 小时 )

120 350

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2.2.1 工业工程的产生

弗兰克 ·吉尔布雷思（ Frank B.Gilbreth ， 1868 ～ 1924 ）被公认为动作研究之父。弗兰克 ·吉尔布雷思的主要著作有《动作研究》（ 1911 年），《应用动作研究》（ 1917 年）； 其妻子莉莲的著作有《管理心理学》（ 1916 年）两人合著有《疲劳研究》（ 1919 年）和《时间研究》（ 1920 年）等。

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2.2.2 工业工程的发展过程

第一阶段： 19世纪末到 20世纪初期

第二阶段： 20世纪初叶到第二次世界大战前

第三阶段：第二次世界大战到 20世纪 40年代末

第四阶段： 20世纪 50-60年代

第五阶段： 20世纪 70年代至今

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2.2.2 工业工程的发展过程

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第一阶段

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2.2.2 工业工程的发展过程

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第二阶段

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2.2.2 工业工程的发展过程

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第三阶段

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2.2.2 工业工程的发展过程

在 50 、 60年代，系统科学（ SS）以及系统工程（ System Engineering， SE）成为 IE学科发展的基础。

SE的方法论 + OR的定量方法 + 传统 IE方法 + 工业专业知识 = 新 IE

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第四阶段

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2.2.2 工业工程的发展过程

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第五阶段

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2.2.2 工业工程的发展过程

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工业工程发展特点 不断吸收现代科技成就，尤其是计算机科学、 OR、 SE

及相关的学科知识，得以由经验为主发展到以定量分析为主；以研究生产局部或小系统的改善，到研究大系统整体优化和生产率提高，成为一门独立的学科。

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2.2.2 工业工程的发展过程

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2.2.2 工业工程的发展过程

应用范围从制造业扩大到服务业和非营利组织（非制造业工业工程应用大有可为）；应用重点从提升现场生产效率到提高系统的集成化综合效益（新型工业化）；特别依赖于信息科学与技术（计算机软硬件、网络与通信技术、数据库支撑环境等）；突出研究生产率和质量的改善。

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工业工程的发展方向工业工程的发展方向

可以说，工业工程的研究与发展水平，在一定程度上标志着一个国家或地区的经济和管理发展水平。

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2.3 工业工程的内容体系和人才素质

53

1.工业工程的学科特点：… ..

2.工业工程的内容体系 : …..

3.工业工程人才的素质结构 : ….

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2.3.1 工业工程的学科特点

IE具有利用自然科学知识和其他技术方法进行观察、实验、研究、设计等功能和属性的工程学科。

工业工程与相关学科的关系 工业工程（ IE）与管理工程的关系 工业工程（ IE）与系统工程的关系 工业工程（ IE）与制造工程的关系

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2.3.1 工业工程的学科特点 工业工程（ IE）与管理工程的关系

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IE

ME

更有效、更富于生产力的综合系统

工程活动

行政职能

工程技术

调控手段

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2.3.1 工业工程的学科特点

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ME1—— 管理工程； ME2—— 制造工程SE —— 系统工程； IE—— 工业工程

工业工程与相关学科的关系示意图

工业工程与相关学科的关系示意图

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2.3.2 工业工程的内容体系

1.生物力学（含人因工程）； 2.成本管理； 3.数据处理及系统设计； 4.销售与市场； 5.工程经济； 6.设施规划与物流（含工厂设计、维修保养、物料搬运

等）； 7.材料加工（含工具设计、工艺研究、自动化等）； 8.应用数学（含运筹学、管理经济学、统计和数学应用

等）； 9.组织规划与理论；

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美国国家标准 ANSI--Z94（ 82 年）IE知识

分支IE知识

分支

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2.3.2 工业工程的内容体系

10.生产规划与控制（含库存管理、运输路线、调度、发货等）；

11.实用心理学（含心理学、社会学、工作评价、人事实务）；

12.方法研究和作业测定； 13.人的因素； 14.工资管理； 15.人体测量； 16.安全； 17.职业卫生与医学。

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2.3.2 工业工程的内容体系项目项目 领域领域 使用率使用率 排序排序

方法研究

作业方法 90％ 1

作业分析 83％ 4

动作研究 66％ 5

物流 53％ 10

生产计划 45％ 13

标准化 60％ 7

作业测定时间研究 85％ 2

PTS法 65％ 6

工厂设备及设计工厂布局 85％ 2

设备购买和更新 52％ 11

工资支付激励 60％ 9

职务评价 52％ 12

管理工程管理 37％ 14

成本管理 60％ 8

59

工业工程在制造业中的应用

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2.3.3 工业工程人才的素质结构

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工业工程技术人员是为了达到经营者的目标（目标的根本含义是要使企业取得最佳利润，且冒最小风险）而贡献出技术的人。 工业工程技术人员帮助上下各级管理人员，在业务运作的设想、计划、实施、控制方法等方面从事发明和研究，以期达到更有效地利用人力和经济资源。

职责职责

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2.3.3 工业工程人才的素质结构

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知识结构 能力结构

工程技术知识； 数学与统计学知识； 经济学知识； 经营管理知识； IE学科知识； 管理科学知识； 人类与社会科学知识； 计算机科学与信息技术。

• 观察试验能力；• 调查研究能力；• 综合分析 / 集成能力；• 规划设计能力；• 协调 / 社交能力；• 适应能力；• 创新能力；• 语言与文字表达能力；• 计算机应用能力；• 外语阅读能力。

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工业工程的特点工业工程的特点

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IEIE 制定制定作业标准和劳动定额。作业标准和劳动定额。

IEIE 的重点是的重点是面向微观管理。面向微观管理。 日本强调现场优化，而美国则更强调日本强调现场优化，而美国则更强调 IEIE 的工程的工程性。性。

IEIE 是是系统集成和优化技术。系统集成和优化技术。 注重人的因素注重人的因素是是 IEIE区别于其他工程学科特点之一。区别于其他工程学科特点之一。 IEIE 是是综合性综合性的应用知识体系（的应用知识体系（技术技术 ++ 管理管理）。）。 提高生产效率是提高生产效率是 IEIE 的出发点和最终目标。的出发点和最终目标。 IEIE 的核心是降低成本，提高质量和生产率。的核心是降低成本，提高质量和生产率。

2.3.3 工业工程人才的素质结构

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以人为中心 的意识。

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成本和效率意识；

问题和改革意识；

工作简化和标准化意识；

全局和整体化意识；

2.3.3 工业工程人才的素质结构

IE 意识

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复习与思考

11 、什么是工业工程？工业、什么是工业工程？工业工程的学科性质？工程的学科性质？

22 、工业工程的内容体系？、工业工程的内容体系？你最感兴趣的是哪一方面你最感兴趣的是哪一方面的内容，请你查阅相关的的内容，请你查阅相关的资料，提出你的建议和想资料，提出你的建议和想法。法。

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